지구합성학
Geosynthetics
지구 합성제는 지형을 안정시키기 위해 사용되는 합성 제품이다.그것들은 일반적으로 토목 공학 문제를 해결하기 위해 사용되는 고분자 제품이다.여기에는 지오텍타일, 지오그리드, 지네츠, 지엠브레인, 지오합성 점토 라이너, 지오폼, 지오셀 및 지오콤포지트 등 8가지 주요 제품 범주가 포함됩니다.제품의 고분자 성질은 높은 내구성이 요구되는 지반에서 사용하기에 적합합니다.또한 노출된 응용 프로그램에서도 사용할 수 있습니다.지구합성물질은 다양한 형태와 재료로 이용할 수 있다.이러한 제품은 다양한 응용 분야를 가지고 있으며 현재 도로, 비행장, 철도, 제방, 유지 구조물, 저수지, 운하, 댐, 침식 제어, 매립지 라이너, 매립지 커버 등 많은 토목, 지질, 교통, 지환경, 수력 및 민간 개발 애플리케이션에 사용되고 있습니다.s, 광업, 양식업, 농업.
역사
토양과 혼합된 다양한 종류의 혼합물이 수천 년 동안 사용되어 왔다.그것들은 로마 시대에는 도로와 도로의 가장자리를 안정시키기 위해 도로 건설에 사용되었다.이러한 초기 시도는 도로의 질을 개선하기 위해 천연 섬유, 직물 또는 식물과 흙을 혼합하여 이루어졌으며, 특히 도로가 불안정한 토양 위에 건설되었을 때 그러했다.그것들은 또한 이집트의 몇몇 피라미드와 벽처럼 가파른 경사면을 짓는데 사용되었다.매립 환경에서 천연 물질(목재, 면화 등)을 사용하는 데 있어 근본적인 문제는 토양 내의 미생물에서 발생하는 생분해이다.20세기 중반의 폴리머의 출현과 함께 훨씬 더 안정적인 물질이 사용 가능하게 되었다.적절하게 공식화되면, 가혹한 환경 조건에서도 수 세기의 수명을 예측할 수 있다.
1960년대 지구합성학(오늘날 우리가 알고 있는)에 관한 초기 논문들은 미국에서 필터로, 유럽에서 강화제로 사용하는 것을 문서화했다.1977년 파리에서 열린 회의에서 많은 초기 제조업자와 실무자들이 모였다.1982년에 설립된 IGS(International Geosynthectics Society)는 이후 4년마다 전 세계 회의를 개최하고 있으며 수많은 지부에서 추가 회의를 개최하고 있다.현재는 별도의 지구합성연구소, 무역그룹, 표준설정그룹이 활동하고 있다.약 20개의 대학이 지구 합성학을 가르치는 독립형 강좌를 운영하고 있으며, 거의 모든 대학교가 지구 공학, 지구 환경 공학 및 수력 공학 강좌를 포함하고 있습니다.지구 합성학은 전 세계적으로 이용 가능하며, 그 활동은 견실하고 꾸준히 성장하고 있습니다.
분류
지오텍타일
지오텍타일은 두 개의 가장 큰 지질합성학 그룹 중 하나를 형성한다.면, 양모, 실크 등 천연 섬유가 아닌 합성 섬유로 이루어진 직물입니다.이것은 그들을 생물 분해에 덜 민감하게 만든다.이들 합성섬유는 표준 직조기계에 의해 유연하고 다공질 직물로 제작되거나 임의로 비직물 방식으로 함께 매팅된다.뜨개질한 것도 있어요.지오텍타일은 제조된 평면을 가로질러 액체가 흐르도록 다공성이며 두께도 매우 다양합니다.개발된 지오텍타일의 특정 응용 영역은 100개 이상이지만 패브릭은 항상 분리, 보강, 여과 및/또는 배수라는 4가지 기능 중 적어도 하나를 수행합니다.
지오그리드
지구리드는 지구합성학에서 빠르게 성장하는 세그먼트를 나타낸다.지오그리드는 직물, 부직포 또는 뜨개질 직물이 아닌 매우 개방적이고 격자 모양으로 형성된 중합체이다. 즉, 가로 방향과 세로 방향의 개별 갈비뼈 사이에 큰 구멍이 있다.지오그리드는 (a)물성 향상을 위해 (b)표준섬유 제조방법에 의해 직조 또는 뜨개질 기계로 제조되거나 (c)레이저 또는 초음파 접합봉 또는 스트랩으로 조립된다.많은 특정 적용 영역이 있지만 지오그리드는 거의 보강재로만 기능한다.
지네츠/지오페이서
Gunets 및 일부에 의한 관련 지오페이서는 지오합성 영역 내의 또 다른 전문화된 세그먼트를 구성합니다.이들은 서로 예각으로 평행한 고분자 리브 세트를 연속적으로 밀어냄으로써 형성됩니다.리브가 열리면 비교적 큰 개구부가 그물 모양으로 형성됩니다.이중 평면과 삼중 평면 중 두 가지 유형이 가장 일반적입니다.또는 매우 다양한 유형의 배수 코어를 사용할 수 있습니다.이들은 너브형, 딤플형 또는 현수식 폴리머 시트, 다양한 구성의 강성 폴리머 섬유로 이루어진 3차원 네트워크 및 지오텍타일 내의 작은 배수 파이프 또는 스페이서로 구성됩니다.설계 기능은 모든 유형의 액체 또는 가스를 운반하는 데 사용되는 배수 영역 내에 완전히 있습니다.
거메브란스
지멘브란은 또 다른 가장 큰 지질합성물질 집단을 나타내며, 달러로 환산하면 지질합성물질의 매출보다 더 크다.미국과 독일에서의 이러한 성장은 1980년대 초 고형 폐기물 매립지의 매립을 위해 제정된 정부의 규제에 의해 촉진되었다.재료 자체는 액체 또는 고체 저장 시설의 라이닝 및 커버에 주로 사용되는 비교적 얇고 불침투성 고분자 재료의 시트입니다.여기에는 모든 종류의 매립지, 지표저지물, 운하 및 기타 격납시설이 포함됩니다.따라서 일차적인 기능은 항상 액체 또는 증기 장벽 또는 둘 다로서의 격납입니다.그러나 응용 프로그램의 범위는 매우 넓으며 환경 영역 외에도 지질, 운송, 수력 및 민간 개발 엔지니어링(수산물 양식, 농업, 히프 침출수 채굴 등) 분야에서도 응용 프로그램이 빠르게 증가하고 있습니다.
지합성 점토 라이너
지구 합성 점토 라이너(GCL)는 고분자 물질과 자연 토양의 흥미로운 병치입니다.두 개의 지오텍타일 사이에 끼워져 있거나 거름브란과 접합된 벤토나이트 점토의 공장에서 제조된 얇은 층의 롤입니다.후속 복합체의 구조적 무결성은 니들 펀칭, 스티치 또는 접착 접합에 의해 얻어진다.GCL은 지질환경 및 배기열 대책 어플리케이션뿐만 아니라 교통, 지질기술, 유압 및 많은 민간 개발 어플리케이션에서도 거름브레인 아래 또는 그 자체로 복합 컴포넌트로 사용됩니다.
거포암
지오포암은 폴리스티렌을 공기 및/또는 가스로 채워진 많은 폐쇄 셀로 구성된 발포체로 가공하여 만든 고분자 제품이다.세포벽의 골격 특성은 팽창하지 않은 고분자 물질로 만들어진 뼈 구조와 유사합니다.이 제품은 일반적으로 크고 매우 가벼운 블록의 형태로 되어 있으며, 블록은 여러 가지 용도에 맞게 여러 층으로 겹쳐져 경량화됩니다.
지구 전지
지질 세포(Cellular Limitment Systems라고도 함)는 압축된 흙으로 채워졌을 때 감금 시스템을 형성하는 3차원 벌집 세포 구조입니다.고분자 재료에서 초음파적으로 직렬로 용접된 스트립으로 압출된 스트립은 신축성 있는 3D 셀룰러 매트리스의 단단한 벽(일반적으로 질감 있고 구멍이 뚫린)을 형성하도록 확장됩니다.흙으로 채워진 새로운 복합 엔티티가 세포-토양의 상호작용으로부터 생성됩니다.세포 구속은 토양 입자의 횡방향 이동을 감소시켜 압축 상태를 유지하고 더 넓은 영역에 하중을 분산하는 강화 매트리스를 형성합니다.전통적으로 경사면 보호 및 지반 유지 용도로 사용되던 첨단 폴리머로 만들어진 지구전지는 장기 도로 및 철도 하중을 지원하기 위해 점점 더 많이 채택되고 있습니다.훨씬 더 큰 지구전지는 또한 보호 벙커와 벽을 위해 사용되는 비슷하지만 더 큰 단위 세포에 꿰맨 단단한 지구전지로 만들어진다.
지구 콤포지트
지오콤포지트는 공장에서 제조된 단위로 지오텍타일, 지오그리드, 게넷 및/또는 거메브란의 조합으로 구성된다.또한 이들 4가지 재료 중 하나를 다른 합성 재료(예: 변형 플라스틱 시트 또는 강철 케이블) 또는 토양과 결합할 수 있습니다.예를 들어 양면에 지오텍타일이 있는 지넷 또는 지오스페이서와 지오텍타일/벤토나이트/지오텍타일 샌드위치로 이루어진 GCL이 모두 지오콤포지트이다.이 특정 카테고리는 엔지니어와 제조사의 최고의 크리에이티브 노력을 이끌어냅니다.애플리케이션 영역은 매우 많고 지속적으로 증가하고 있습니다.주요 기능에는 앞서 논의한 지동신학에 대해 분류, 보강, 여과, 배수, 격납 등 모든 기능이 포함된다.
수요와 생산
| 지역 | 2007 | 2012 | 2017 |
|---|---|---|---|
| 북미 | 923 | 965 | 1300 |
| 서유럽 | 668 | 615 | 725 |
| 아시아/태평양 | 723 | 1200 | 2330 |
| 중남미 | 124 | 160 | 220 |
| 동유럽 | 248 | 305 | 405 |
| 아프리카/중동부 | 115 | 155 | 220 |
| 총 | 2801 | 3400 | 5200 |
| 유형 | 양 (140 m²) | 가격. (USD/m²) | 판매의 (백만 달러) |
|---|---|---|---|
| 지오텍타일 | 1400 | 0.75 | 1050 |
| 지오그리드 | 250 | 2.50 | 625 |
| 게네츠 | 75 | 2.00 | 150 |
| 거메브란스 | 300 | 6.00 | 1800 |
| 지합성 점토 라이너 | 100 | 6.50 | 650 |
| 지오폼스 | 5 | 75.00 | 375 |
| 지구 콤포지트 | 100 | 4.00 | 400 |
| 총 | 2230 | 5050 |
기능들
소재가 봉사하도록 요구된 주요 기능과 함께 방금 설명한 다양한 유형의 지구합성학을 병치함으로써 지구합성학을 위한 조직 매트릭스를 만들 수 있습니다. 아래 표를 참조하십시오.본질적으로, 이 매트릭스는 전체 지합성 분야와 그 설계와 관련된 방법론을 이해하기 위한 "스코어 카드"이다.이 표에서는 각 지구 합성이 서비스하기 위해 호출할 수 있는 1차 함수를 볼 수 있다.이것들은 1차적인 기능이며, 많은 경우(대부분이 아닌 경우)에는 2차적인 기능이나 3차적인 기능도 있습니다.예를 들어, 연약 토양에 배치된 지오텍타일은 일반적으로 보강 능력에 기초하여 설계되지만, 분리 및 여과는 2차 및 3차 고려사항이 될 수 있다.또 다른 예로는 거름브레인(geombrane)이 격납능력에 사용되고 있는 것이 분명하지만 분리는 항상 부차적인 기능입니다.제조 및 재료의 관점에서 가장 큰 변동성은 지오콤포지트 범주입니다.주요 기능은 실제로 작성, 제조 및 설치된 항목에 전적으로 의존합니다.
| 지합성물질(GS)의 종류 | 분리 | 강화 | 여과 | 배수 | 콘테인먼트 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.1 지오텍타일(GT) | X | X | X | X | |
| 2.2 지오그리드(GG) | X | ||||
| 2.3 Gunet (GN) 또는 Geospacer(GR) | X | ||||
| 2.4 Geomembrane (Geomembrane) | X | ||||
| 2.5 지합성 점토 라이너(GCL) | X | ||||
| 2.6 지오폼(GF) | X | ||||
| 2.7 지구전지(GL) | X | X | |||
| 2.8 지오 컴포지트(GC) | X | X | X | X | X |
지구합성학은 일반적으로 제공할 수 있는 주요 기능을 고려하여 특정 용도에 맞게 설계된다.첨부된 표에서 볼 수 있듯이 5가지 주요 기능이 제공되지만, 일부 그룹에서는 이보다 [3]더 많은 기능을 제안합니다.
분리는 다공질 지오텍타일과 같은 유연한 지합성 재료를 이종 재료 사이에 배치하여 두 재료의 무결성과 기능을 그대로 유지하거나 개선할 수 있도록 하는 것입니다.포장 도로, 비포장 도로, 철도 기지가 일반적인 용도입니다.또한 거름막의 완충 및 보호를 위해 두꺼운 부직포 지오텍타일을 사용하는 것도 이 범주에 속한다.또한 지오팜과 지오셀의 대부분의 응용분야에서 분리가 주요 기능이다.
보강은 토양(압축은 좋지만 장력은 약한) 또는 다른 분리된 물질에 지오텍타일, 지오그리드 또는 지오셀(모두 장력이 좋은)을 도입하여 생성된 전체 시스템의 강도를 상승적으로 향상시키는 것입니다.이 기능은 기계적으로 안정화 및 유지된 토벽 및 가파른 토사 경사면에 적용되며, 석조 시설과 결합하여 수직 옹벽을 만들 수 있습니다.또한 연성 토양과 제방 및 무거운 지표 하중을 위한 깊은 기초 위에 기초 보강을 적용하는 것도 포함된다.단단한 고분자 지오그리드나 지구전지는 지구익스타일과 달리 토양보강을 제공하기 위해 장력을 유지할 필요가 없다.단단한 2D 지오그리드 및 3D 지오셀은 골재 입자와 맞물리며 강화 메커니즘은 골재의 구속 중 하나이다.결과적으로 기계적으로 안정된 골재층은 향상된 내하력 성능을 보인다.다양한 폴리머로 만들어진 3차원 지오셀 외에 개구부가 매우 개방된 강성 폴리머 지오그리드는 또한 개선된 하중 특성으로 인해 고품질 수입 골재 주입에 대한 요구 사항을 크게 감소시키는 비포장 및 포장 도로, 하중 플랫폼 및 철도 밸러스트에서 점점 더 구체화되고 있습니다.건축물의 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다.
여과는 고려 중인 애플리케이션과 호환되는 사용 수명 동안 토양의 손실 없이 적절한 액체가 지오텍타일의 평면을 가로질러 흐를 수 있도록 하는 평형 토양과 지오텍타일의 상호작용이다.여과 적용 분야는 고속도로 하부 배수 시스템, 옹벽 배수 시스템, 매립지 침출수 수집 시스템, 침출수 펜스 및 커튼, 가방, 튜브 및 컨테이너의 유연한 형태입니다.
배수(Drain)는 고려 중인 적용과 호환되는 사용 수명 동안 지합성 평면 내에서 토양 손실 없이 적절한 액체 흐름을 가능하게 하는 평형 토양 대 지합성 시스템이다.지오피프는 이 기능을 강조하고 지네츠, 지오콤포지트, 그리고 매우 두꺼운 지오텍타일에도 초점을 맞춥니다.이러한 다양한 지질 합성 물질의 배수 적용 분야는 옹벽, 운동장, 댐, 운하, 저수지 및 모세관 파열이다.또한 시트, 가장자리 및 심 배수구는 다양한 토양 및 암석 배수 [which?]상황에서 사용되는 지오 컴포지트이다.
격납에는 지검브란, 지구 합성 점토 라이너 또는 액체 또는 가스 장벽으로 기능하는 일부 지오콤포사이트가 포함됩니다.매립지 라이너와 커버는 이러한 지질 합성 물질을 매우 중요하게 사용한다.모든 유압 애플리케이션(터널, 댐, 운하, 지표면 압지물 및 플로팅 커버)에도 이러한 접지 합성 물질이 사용됩니다.
이점
- 제어된 공장 환경에서 지합성물질의 제조 품질 관리는 야외 토양 및 암석 건설에 비해 큰 이점입니다.대부분의 공장은 ISO 9000 인증을 받았으며 자체 품질 프로그램도 갖추고 있습니다.
- 자연 토양에 비해 지질 합성 물질의 두께가 낮다는 것은 노반에서의 가벼운 무게, 사용되는 공역 감소, 채석된 모래, 자갈 및 점토 토양 [1]재료의 회피에 관한 한 장점이다.
- 대규모 토사 [1]이동 장비가 필요한 두꺼운 토양층(샌드, 자갈 또는 점토)에 비해 지질 합성 설비의 용이성은 상당히 높다.
- ISO, ASTM 및 GSI와 같은 표준 설정 조직에서는 공개된 표준(테스트 방법, 가이드 및 사양)이 상당히 발전되어 있습니다.
- 설계 방법은 현재 많은 출판 소스 및 지리 합성학의 독립형 과정을 가르치거나 전통적인 지질 공학, 지질 환경 공학 및 수압 공학 과정에 통합된 지리 합성학을 가진 대학에서 이용할 수 있습니다.
- 지합성 설계를 대체 자연 토양 설계와 비교할 때, 일반적으로 비용상의 이점이 있으며, 지속가능성([1]CO 풋프린트 감소2)의 이점이 있다.
단점들
- 항산화제, 자외선 차단제 및 필러를 포함한 적절한 첨가제를 사용하여 지합성용 특정 배합수지의 장기적인 성능을 보장해야 한다.
- 지질합성물질의 노출된 수명은 중합체이기 때문에 흙을 다시 채웠을 때 노출되지 않는다.
- 특정 토양 유형 또는 비정상적인 상황에서는 지오텍타일, 지네츠, 지오피프 및/또는 지오콤포사이트의 막힘 또는 생물 로깅이 어려운 설계이다.예를 들어 황토, 미세한 무응집 실트, 매우 탁한 액체 및 미생물이 가득한 액체(농장 유출)는 문제가 많고 일반적으로 전문적인 시험 평가가 필요하다.
- 취급, 보관, 운반 및 설치는 신중한 품질 관리 및 품질 보증을 통해 보장되어야 합니다.
레퍼런스
- ^ a b c d e f g h i Müller, W. W.; Saathoff, F. (2015). "Geosynthetics in geoenvironmental engineering". Science and Technology of Advanced Materials. 16 (3): 034605. Bibcode:2015STAdM..16c4605M. doi:10.1088/1468-6996/16/3/034605. PMC 5099829. PMID 27877792.
- ^ a b Koerner, R. M. (2012). Designing With Geosynthetics (6th ed.). Xlibris Publishing Co., 914 pgs.
- ^ Bathurst, Richard. "Geosynthetics Functions" (PDF). International Geosynthetics Society. Retrieved September 28, 2018.
추가 정보
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- 인더스트리얼 패브릭 협회(1990년.Fabric Association International, 1990).설계 입문서: Geotextiles and Related Materials, IFAI Publ, MN, Roseville, 미국 MN.
- Van Santvoort, G.P.T.M. 번역자(1995년)네덜란드 로테르담, A. A. 발케마 푸블 토목학 지리학
- 주얼, R. A. (1996년)영국 런던 CIRIA Publishers, Geotextiles로 토양 보강.
- Holtz, R. D., Christopher, B. R. 및 Berg, R. R. (1997).캐나다 리치몬드, BiTech Publishers, Ltd., Geosynthetic Engineering
- 필라치크, K. W. (2000)네덜란드 로테르담의 A. A. Balkema Publ. 수력 및 해안 엔지니어링의 지질학 및 지질학.
- Rowe, R. K. (Ed.) (2001)지질 및 환경 공학 핸드북, Kluwer Academic Publishers, 미국 보스턴.
- Dixon, N., Smith, D. M., Greenwood, J. R. 및 Jones, D. R. V. (2003)지구합성학: 환경을 보호하다, 토마스 텔포드 푸블, 영국 런던.
- S. K. 슈클라와 J.-H. 인(2006).영국 런던, Taylor and Francis Publishers, Geosynthetic Engineering의 기초.
- Sarsby, R. W. Ed. (2007)영국 캠브리지 우드헤드 출판사 토목공학 측지학
외부 링크
